Glasloses 3D am MIT

Glasloses 3D am MIT

3D-Brille-kaputt.jpgDa hat 3D irgendwie auf der Strecke geblieben In letzter Zeit suchen Hersteller nach einer Möglichkeit, eines der größten Probleme der Technik zu lösen - die Notwendigkeit, eine Brille zu tragen. Jetzt haben Forscher am MIT ein neues Verfahren zum Anzeigen von 3D entwickelt ohne die Notwendigkeit einer Brille . Wird es sich durchsetzen? Wir werden sehen-







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Von MIT News
In den letzten drei Jahren haben Forscher der Camera Culture-Gruppe des MIT Media Lab ein Design für einen brillenfreien, multiperspektiven 3-D-Videobildschirm weiterentwickelt, von dem sie hoffen, dass es eine billigere und praktischere Alternative zu holographischem Video darstellt kurzfristig.
Jetzt haben sie einen Projektor entworfen, der dieselbe Technologie nutzt, die sie auf der diesjährigen Siggraph, der großen Konferenz für Computergrafik, vorstellen werden. Der Projektor kann auch die Auflösung und den Kontrast herkömmlicher Videos verbessern, was ihn zu einer attraktiven Übergangstechnologie machen könnte, da die Produzenten von Inhalten nach und nach lernen, das Potenzial der multiperspektiven 3D-Darstellung zu nutzen.
Multiperspektive 3-D unterscheidet sich von der stereoskopischen 3-D, die heute in Kinos üblich ist, darin, dass die abgebildeten Objekte neue Perspektiven offenbaren, wenn sich der Betrachter um sie bewegt, genau wie es reale Objekte tun würden. Dies bedeutet, dass es möglicherweise Anwendungen in Bereichen wie kollaboratives Design und medizinische Bildgebung sowie Unterhaltung gibt.
Die MIT-Forscher - der Forschungswissenschaftler Gordon Wetzstein, der Doktorand Matthew Hirsch und Ramesh Raskar, Associate Professor für Medienkunst und -wissenschaften bei NEC Career Development und Leiter der Gruppe Kamerakultur - bauten einen Prototyp ihres Systems unter Verwendung von Standardkomponenten . Das Herzstück des Projektors sind zwei Flüssigkristallmodulatoren, die wie winzige Flüssigkristallanzeigen (LCDs) zwischen der Lichtquelle und der Linse positioniert sind. Hell- und Dunkelmuster auf dem ersten Modulator verwandeln ihn effektiv in eine Reihe leicht abgewinkelter Lichtsender - das heißt, durch ihn hindurchtretendes Licht erreicht den zweiten Modulator nur in bestimmten Winkeln. Die Kombinationen der von den beiden Modulatoren angezeigten Muster stellen somit sicher, dass der Betrachter leicht unterschiedliche Bilder aus unterschiedlichen Winkeln sieht.
Die Forscher bauten auch einen Prototyp eines neuen Bildschirmtyps, der den Blickwinkel erweitert, aus dem die Bilder ihres Projektors betrachtet werden können. Der Bildschirm kombiniert zwei Linsenlinsen - die Art von gestreiften transparenten Folien, mit denen beispielsweise in alten Kinderbüchern grobe 3D-Effekte erzielt werden.





Die Kamerakulturgruppe des MIT Media Lab stellt einen neuartigen Ansatz für brillenfreies 3D mit mehreren Perspektiven vor.
Redundanz ausnutzen
Für jedes Videobild zeigt jeder Modulator sechs verschiedene Muster an, die zusammen acht verschiedene Betrachtungswinkel erzeugen: Bei ausreichend hohen Anzeigeraten kombiniert das menschliche visuelle System automatisch Informationen aus verschiedenen Bildern. Die Modulatoren können ihre Muster mit 240 Hertz oder 240 Mal pro Sekunde aktualisieren, sodass das System selbst bei sechs Mustern pro Bild Videos mit einer Rate von 40 Hertz abspielen kann, die zwar unter der bei heutigen Fernsehgeräten üblichen Bildwiederholfrequenz liegt, aber immer noch ist höher als die 24 Bilder pro Sekunde Standard im Film.
Mit der Technologie, die in der Vergangenheit zur Erzeugung brillenfreier 3D-Bilder verwendet wurde - bekannt als Parallaxenbarriere - würde die gleichzeitige Projektion von acht verschiedenen Betrachtungswinkeln bedeuten, dass jedem Winkel ein Achtel des vom Projektor emittierten Lichts zugewiesen wird, was dazu führen würde ein dunkler Film. Aber wie die Prototyp-Monitore der Forscher nutzt der Projektor die Tatsache, dass beim Bewegen um ein Objekt der größte Teil der visuellen Veränderung an den Rändern stattfindet. Wenn Sie zum Beispiel einen blauen Briefkasten betrachten, während Sie an ihm vorbeigehen, wird ein Großteil Ihres Gesichtsfeldes von einem Blau mit ungefähr demselben Farbton eingenommen, obwohl verschiedene Objekte hereinkommen Blick dahinter.
Der Schlüssel zum System der Forscher ist algorithmisch eine Technik zur Berechnung, wie viele Informationen zwischen den Betrachtungswinkeln erhalten bleiben können und wie viel variiert werden muss. Wenn so viele Informationen wie möglich erhalten bleiben, kann der Projektor ein helleres Bild erzeugen. Der resultierende Satz von Lichtwinkeln und -intensitäten muss dann in die von den Modulatoren angezeigten Muster codiert werden. Das ist eine große Rechenaufgabe, aber durch die Anpassung des Algorithmus an die Architektur der für Videospiele entwickelten Grafikprozessoren haben die MIT-Forscher dafür gesorgt, dass er fast in Echtzeit ausgeführt wird. Ihr System kann Daten in Form von acht Bildern pro Videobild empfangen und mit sehr geringer Verzögerung in Modulatormuster übersetzen.
Brückentechnologie
Durch das Durchlassen von Licht durch zwei Modulatoren kann auch der Kontrast eines normalen 2D-Videos erhöht werden. Eines der Probleme bei LCD-Bildschirmen besteht darin, dass sie kein 'echtes Schwarz' aktivieren: Selbst in den dunkelsten Bereichen des Displays tritt immer ein wenig Licht aus. 'Normalerweise haben Sie einen Kontrast von beispielsweise Werten zwischen 0 und 1', erklärt Wetzstein. 'Das ist der volle Kontrast, aber in der Praxis haben alle Modulatoren etwa 0,1 zu 1. Sie erhalten also diesen' Schwarzwert '. Wenn Sie jedoch zwei optisch miteinander multiplizieren, sinkt der Schwarzwert auf 0,01. Wenn Sie Schwarz auf einem zeigen, was 10 Prozent entspricht, und Schwarz auf dem anderen, das ebenfalls 10 Prozent beträgt, erhalten Sie 1 Prozent. Es ist also viel schwarzer. '
Aus dem gleichen Grund erklärt Hirsch, wenn die auf den Modulatoren angezeigten Muster leicht voneinander versetzt sind, stört sich das durch sie hindurchtretende Licht auf eine Weise, die die Auflösung der resultierenden Bilder tatsächlich erhöht. Wieder haben die Forscher einen Algorithmus entwickelt, der diese Muster im laufenden Betrieb berechnen kann.
Da die Ersteller von Inhalten auf das sogenannte 'Quad HD' -Video mit der vierfachen Auflösung des heutigen hochauflösenden Videos umsteigen, könnte die Kombination aus höherem Kontrast und höherer Auflösung eine kommerzielle Version der Technologie der Forscher für Theaterbesitzer attraktiv machen Dies könnte wiederum den Weg für die Einführung von multiperspektivischem 3D ebnen. „Eine Sache, die Sie tun könnten - und das haben die tatsächlichen Projektorhersteller in der jüngeren Vergangenheit getan -, ist, vier 1080p-Modulatoren nebeneinander zu stellen und einige sehr komplizierte Optiken zu bauen, um sie alle nahtlos zu kacheln und dann viel schöner zu machen Objektiv, weil man einen viel kleineren Punkt projizieren und alles zusammen bündeln muss “, sagt Hirsch. „Wir sagen, Sie könnten zwei 1080p-Modulatoren nehmen, sie nacheinander in Ihren Projektor stecken, dann dasselbe alte 1080p-Objektiv nehmen und durch dieses projizieren und diesen Softwarealgorithmus verwenden, und Sie erhalten ein 4k-Bild. Aber nicht nur das, es hat noch einen höheren Kontrast. '
Pixel verbreiten
Oliver Cossairt, Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Informatik an der Northwestern University, arbeitete einst für ein Unternehmen, das versuchte, brillenfreie 3D-Projektoren zu vermarkten. 'Was ich für die Neuheit des Ansatzes der [MIT-Forscher] halte, betrifft zwei Dinge', sagt Cossairt. Das erste, sagt er, ist 'mit der Idee der Parallaxenbarriere herumzuspielen, damit Sie sie so gestalten können, dass sie (a) nicht so viel Licht blockiert und (b) eine bessere Auflösung erhält'.
Der zweite, sagt er, ist der Prototyp-Bildschirm. 'Es gibt diese Invariante optischer Systeme, die besagt, dass, wenn Sie den Bereich der Ebene und den Raumwinkel des aus dieser Ebene austretenden Lichts nehmen, dies fest ist', sagt Cossairt. „Das bedeutet, dass sich das Sichtfeld um den Faktor 10 verringert, wenn Sie die 3-D-Bildgröße nehmen und sie beispielsweise auf das Zehnfache der Größe ausdehnen. Darauf sind wir gestoßen. Wir konnten keinen Weg finden, das zu umgehen. '
'Sie haben einen Bildschirm entwickelt, der anstelle der Dehnung des Bildes - wie es die Projektionsoptik tut - die Pixel im Wesentlichen voneinander wegbewegt', fährt Cossairt fort. 'Das hat ihnen erlaubt, diese Invarianz zu brechen.'

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